(57)【要約】【課題】移動装置において、高価なセンサを用いることなく移動体の移動方向角を正確に検出することを可能にし、低コストな構成で移動体の移動方向を正確に制御可能にする。【解決手段】移動体は、障害物センサとジャイロを搭載しており、制御部の制御により障害物を回避しながら、移動方向角を検出しながら移動する。移動体が初期方向角０（ｒａｄ）を基準とし移動方向角が０（ｒａｄ）となる方向に向けて移動を開始し（Ｓ１）、検出された移動方向角が誤差を含むようになりＢ（ｒａｄ）になると（Ｓ２）、基準の向きの０（ｒａｄ）とは異なる向きに移動する。移動体の周辺に障害物が検知されると（Ｓ３：右に障害物，左に障害物）、制御部は、障害物回避動作を行うと同時に、検出された移動方向角Ｂ（ｒａｄ）を、所定の補正値Ａ（ｒａｄ）を加算又は減算することにより補正する（Ｓ４１，Ｓ４２）。この補正は障害物回避動作が行われる毎に行われる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の周囲の障害物を検知する障害物センサの検知信号に基いて障害物を回避しながら移動体が走行移動する移動装置において、
前記移動体の移動方向角を検出する移動方向検出手段と、
前記障害物センサの検知信号に応じて前記移動体が障害物を回避しながら移動するように制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記移動方向検出手段により移動方向角を算出する際に生じる誤差を、誤差量に応じた所定値にて、障害物の回避動作時に補正することを特徴とする移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、障害物を回避しながら移動体が路面上を移動する移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば掃除ロボット、自動搬送ロボットのような、路面上を移動する移動装置が実用化されている。このような移動装置としては、移動体の周囲の障害物を検知する障害物センサを備えたものが知られている。移動装置の移動体は、この障害物センサの検知信号に基いて障害物を回避しながら移動する。
【０００３】
また、このような移動装置としては、移動体の移動方向角を検知しながら、路面上で移動体の移動方向が所定の方向となるように制御を行い移動するものが知られている。移動装置において、移動体の移動方向角は、例えば特許文献１に示されるように、路面上を転動する２つの車輪の回転角より算出することにより検出される。また、移動体が例えば角速度センサを搭載しており、移動方向角を、この角速度センサの値を積分して算出することにより検出するように構成されている移動装置も知られている。
【０００４】
しかしながら、移動方向角を、車輪の回転角より算出したり、例えば安価なジャイロ等用いて算出する際には、誤差が生じやすいという問題がある。この誤差は、移動体の移動が継続するに従って積算されて大きなものとなってしまうものである。検出された移動方向角の誤差が大きくなってしまうと、移動体の実際の移動方向角と、検出された移動方向角とが互いに大きく異なる状態となるため、移動体を所定の方向に正確に移動させることができなくなる。
【０００５】
検出された移動方向角の誤差を小さくすることは、例えば高精度の角速度センサであるレーザジャイロ等を用いることにより可能になる。しかしながら、レーザジャイロ等の高精度の角速度センサは高価であり、移動装置が高コスト化してしまうという問題がある。
【特許文献１】特開平９−１６７０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、高価なセンサを用いることなく、移動体の移動方向角を正確に検出することが可能であり、移動体の移動方向を正確に制御することが可能な、低コストな移動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため請求項１の発明は、移動体の周囲の障害物を検知する障害物センサの検知信号に基いて障害物を回避しながら移動体が走行移動する移動装置において、前記移動体の移動方向角を検出する移動方向検出手段と、前記障害物センサの検知信号に応じて前記移動体が障害物を回避しながら移動するように制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記移動方向検出手段により移動方向角を算出する際に生じる誤差を、誤差量に応じた所定値にて、障害物の回避動作時に補正するものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、障害物の回避動作時に、制御部が、移動方向検出手段により移動方向角を算出する際に生じる誤差を所定値にて補正するので、移動体の移動方向角を正確に検出することが可能となり、移動体の移動方向を正確に制御することが可能となる。また、移動方向角を正確に検出するために高価なセンサを用いる必要がないため、移動装置を低コストな構成にすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る移動装置を図１（ａ）、（ｂ）及び図２に示す。この移動装置１は、図１（ａ）、（ｂ）に矢印で示す方向を前方として、例えば屋内の路面Ｆ上を各方向に自律移動するような自動搬送ロボットであり、例えば書類等を屋内のある部屋から別の部屋へと搬送するような用途等に用いられるものである。この移動装置１は、移動体２の右側、左側にそれぞれ回動自在に設けられている２つの駆動輪３ａ，３ｂと、移動体２の背面に回動自在に設けられている補助輪３ｃと、駆動輪３ａ，３ｂをそれぞれ駆動する駆動モータ４ａ，４ｂと、移動体２の周囲の障害物を検知するための障害物センサ５と、移動体２の路面Ｆ上での移動方向角を検出するジャイロ（移動方向検出手段）６と、駆動モータ４ａ，４ｂを制御することにより移動体２を路面Ｆ上で移動させる制御部７と、ユーザの操作により制御部７にコマンドを送信する操作インターフェイス８と、を備えている。操作インターフェイス８は、例えば外部から操作可能なタッチパネル等により構成されている。ユーザは操作インターフェイス８を操作することにより、移動装置１に種々の移動動作等を実行させることができる。
【００１０】
駆動輪３ａ，３ｂは、例えばリムにゴム製のタイヤを装着して構成されている。駆動輪３ａ，３ｂは、このタイヤが路面Ｆ上に接地した状態で駆動モータ４ａ，４ｂにより駆動されて、路面Ｆ上を転動する。補助輪３ｃは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、移動体２の背面の駆動輪３ａ，３ｂとは離れた位置に、路面Ｆ上に接地するように設けられている。この補助輪３ｃは、モータ等による駆動力が加えられない従動輪である。すなわち、移動体２は、駆動輪３ａ，３ｂ及び補助輪３ｃが路面Ｆ上に接地した状態で、倒れないように自立している。なお、駆動輪３ａ，３ｂ及び補助輪３ｃの構成は、これに限られるものではない。
【００１１】
駆動モータ４ａ，４ｂは、例えばバッテリ（図示せず）から電力が供給されており、このバッテリと共に移動体２に収納されている。駆動モータ４ａ，４ｂは、後述のように、制御部７により制御され、その制御に応じた出力トルク及び回転速度で、それぞれ駆動輪３ａ，３ｂを駆動する。すなわち、この移動装置１は、制御部７が駆動モータ４ａ，４ｂを制御し、駆動モータ４ａ，４ｂがそれぞれ駆動輪３ａ，３ｂを互いに同じ回転速度で駆動することにより移動体２を前方又は後方に直進させる。また、駆動モータ４ａ，４ｂが駆動輪３ａ，３ｂを互いに異なる回転速度で駆動し、移動体２の左右で前後方向への移動速度差を生じさせることにより、それまでの前後方向とは異なる方向に移動体２を移動させる。なお、この駆動モータ４ａ，４ｂには、その回転速度を計測するためのエンコーダが設けられている。エンコーダにより計測された回転速度情報は制御部７に送信され、制御部７が移動体２の移動距離等を算出することができるように構成されている。
【００１２】
障害物センサ５は、例えば超音波センサであり、本実施形態においては、移動体２の周囲の略全てをその検出範囲とするように複数個設けられている。この障害物センサ５は、制御部７と通信可能に構成されており、例えば移動体２の周囲の所定距離範囲内に壁面、人、柱等の障害物が存在するとき、この障害物を検知して検知信号を制御部７に通知する。なお、障害物センサ５は、超音波センサに限られるものではなく、例えば画像センサや、赤外線センサ等でもよい。
【００１３】
ジャイロ６は、例えば振動式のジャイロであり、移動体２の内部に、制御部７と通信可能に設けられている。このジャイロ６は、移動体２の、路面Ｆに対して略垂直な軸周りの角速度を検出可能なものである。ジャイロ６により検出された移動体２の角速度値は、制御部７へと逐次送信される。そして、制御部７によりこの角速度値が時間で積分されることにより、移動体２の路面Ｆ上での移動方向角が算出される。なお、本実施形態において、この移動方向角は、路面Ｆ上の所定の基準方向に対する移動体２の前面の向きを示すものである。
【００１４】
制御部７は、例えばマイコン等により構成されているものであり、駆動モータ４ａ，４ｂ、障害物センサ５、ジャイロ６、及び操作インターフェイス８とそれぞれ通信可能に構成されている。制御部７は、例えば操作インターフェイス８から送られたコマンドや移動経路等を記憶する記憶部７ａを有している。本実施形態において、制御部７は、操作インターフェイス８から送られたコマンドや、障害物を検出した障害物センサ５から送られた検知信号、また、駆動モータ４ａ，４ｂの各回転速度から算出された移動体２の移動距離、ジャイロ６により検出された値から算出された移動体２の移動方向角等に従って、駆動モータ４ａ，４ｂの各出力トルクを制御する。この駆動モータ４ａ，４ｂの各出力トルクの制御は、各駆動モータ４ａ，４ｂの各出力トルクを監視しながら駆動モータ４ａ，４ｂに印加される電圧及び電流を制御することにより行われる。
【００１５】
本実施形態において、制御部７は、移動体２が例えば操作インターフェイス８を介してユーザにより設定された路面Ｆ上の移動経路を移動するように制御を行う。すなわち、制御部７は、移動経路上のある地点において、移動体２がその移動経路上を沿うように所定の方向に向け移動するように制御を行う。なお、この移動経路は、例えば予め記憶部７ａに記憶されているものでもよく、又は、ユーザにより指定された目的地点にたどり着くように、制御部７により自動的に生成されるようなものであってもよい。
【００１６】
ここで、制御部７は、ジャイロ６を用いて検出された移動方向角を補正するための所定の補正値を有している。本実施形態において、この補正値は、制御部７が、後述のように障害物の回避動作を制御する時に、検出された移動方向角に加減算される。この動作について以下に説明する。
【００１７】
図３は、移動装置１の移動時の制御部７による制御の流れの一例を示す。本実施形態において、制御部７には、上述の補正値として、例えばＡ（ｒａｄ）が予め設定されているとする。先ず、移動体２が、初期方向角０（ｒａｄ）を基準として、移動方向角が０（ｒａｄ）となる方向に向けて移動を開始する（Ｓ１）。このとき、移動体２は、制御部７により前面を移動方向角０（ｒａｄ）に向けて移動するように、すなわち直進するように制御されており、障害物センサ５を動作させながら、また、上述のようにジャイロ６を用いて移動方向角を検出しながら移動する。
【００１８】
ここで、しばらく移動が継続されたとき、検出された移動方向角が誤差を含むようになり、例えばＢ（ｒａｄ）になったとする（Ｓ２）。このとき、制御部７は、検出された移動方向角がＢ（ｒａｄ）から０（ｒａｄ）に戻るように、移動体２の移動方向角を変更させるように制御を行って移動を継続させる。このような制御が行われると、移動体２は、基準の向きである０（ｒａｄ）とは異なる向きに移動するようになる。
【００１９】
このように、検出された移動方向角が誤差を含むようになり、さらに移動を継続しているとき、例えば、移動体２の右側周辺に障害物が検知されたとする（Ｓ３：右に障害物）。移動体２の右側に障害物が検知されると、制御部７は、移動体２を例えば上面から見て反時計回り方向に回転させて、検知された障害物を回避するように制御を行う。そして、制御部７は、この障害物回避動作を行うと同時に、検出された移動方向角Ｂ（ｒａｄ）を、Ｂ（ｒａｄ）から補正値Ａ（ｒａｄ）を減算したＢ−Ａ（ｒａｄ）に置き換える（Ｓ４１）。このように、検出された移動方向角から補正値Ａ（ｒａｄ）を減算した値を新しく検出された移動方向角として、引き続き、その検出された移動方向角が０（ｒａｄ）となるように移動を継続する（Ｓ２にリターン）。
【００２０】
移動体２の左側周辺に障害物が検知されたとき（Ｓ３：左に障害物）には、上述とは反対の向きに制御が行われる。すなわち、移動体２の左側に障害物が検知されると、制御部７は、例えば移動体２を上面から見て時計回り方向に回転させて障害物回避動作を行うと同時に、検出された移動方向角Ｂ（ｒａｄ）を、Ｂ（ｒａｄ）に補正値Ａ（ｒａｄ）を加算したＢ＋Ａ（ｒａｄ）に置き換える（Ｓ４２）。そして、検出された移動方向角から補正値Ａ（ｒａｄ）を加算した値を新しく検出された移動方向角として、引き続き、その検出された移動方向角が０（ｒａｄ）となるように移動を継続する（Ｓ２にリターン）。また、検出された移動方向角が誤差角を含んでいても、障害物が検出されないときには（Ｓ３：ＮＯ）、検出された移動方向角の補正等を行わず、そのまま移動するように制御が継続される（Ｓ４３）。
【００２１】
このような、障害物の回避動作時に、移動方向角に補正値を加減算することにより行われる移動方向角の補正は、繰り返して行われるものである。例えば、上述の場合において、移動体２の右側の障害物回避時に移動方向角がＢ−Ａ（ｒａｄ）とされた後、さらに再度移動体２の右側に障害物が検知されて回避動作が行われるときには、その時点の移動方向角からさらに補正値Ａ（ｒａｄ）が減算されることにより、移動方向角はＢ−２Ａ（ｒａｄ）となる。すなわち、補正値は、回避動作が行われる毎に蓄積されるように移動方向角に加減算され、移動方向角の補正量としては、移動方向角の誤差量に応じた所定値となる。
【００２２】
以下に、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して、上述のような制御動作の一例をより具体的に説明する。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、路面Ｆ上での移動体２の前面の向きを矢印Ｘ、移動体２の左側面の向きを矢印Ｙにて示す。以下の説明において、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の右方向（図に点線で示す）を基準の方向、すなわち０（ｒａｄ）とし、また、移動体２の前面の路面Ｆに対して略垂直な軸周りの向きを、上面から見て反時計回り方向が正の方向とする。移動体２は、例えば、図４（ａ）に示すように、左右がそれぞれ壁面Ｗｌ，Ｗｒで挟まれた路面上を移動するものとする。また、制御部７には、予め補正値として例えば、０．０２６１（ｒａｄ）が設定されているとする。
【００２３】
先ず、移動体２が、図４（ａ）に示すように、初期方向角０（ｒａｄ）を基準として、移動方向角が０（ｒａｄ）となる方向に向けて直進移動しているとする。このとき、図に矢印Ｄで示すジャイロ６を用いて検出された移動方向角が、正の値になったとする。この状態は、検出された移動方向角と、移動体２の目標とする移動方向角である０（ｒａｄ）とが異なっている状態である。従って、制御部７は、検出された移動方向角が０（ｒａｄ）となるように、図４（ｂ）に示すように、移動体２を時計回りの方向に、すなわち移動方向角が減少する方向に回転させるような制御を行う。この制御が行われた後、矢印Ｄで示す検出された移動方向角は略０（ｒａｄ）となるが、この時、矢印Ｘで示す移動体２の実際の移動方向角は、本来の基準の方向である０（ｒａｄ）に対して、例えば角度φ１だけずれた方向となる。
【００２４】
上述のように移動体２の移動方向が変更され、検出された移動方向角が０（ｒａｄ）になるように直進移動が継続されると、移動体２が右側の右壁Ｗｒに接近する。移動体２が右壁Ｗｒに接近し、障害物センサ５がこの右壁Ｗｒを障害物として検知すると、図４（ｃ）に示すように、制御部７は、移動体２を反時計回りの方向に、すなわち移動方向角が増加する方向に回転させて障害物回避動作を行う。制御部７は、この障害物回避動作を行うと同時に、検出された移動方向角を、φ１（ｒａｄ）から補正値０．０２６１（ｒａｄ）を減算したφ１−０．０２６１（ｒａｄ）に置き換える。
【００２５】
このように、検出された移動方向角が補正されると、検出された移動方向角と実際の移動方向角との誤差が補正される。すなわち、制御部７により、検出された移動方向角が補正された後にこの移動方向角が０（ｒａｄ）となるように制御が行われると、移動体２の実際の移動方向角がより０（ｒａｄ）に近づき、移動体２がより正確に移動経路上を移動可能となる。
【００２６】
なお、上述の場合において、例えば移動体２が左壁Ｗｌに接近するような場合には、検出された移動方向角の補正は、移動方向角に補正値を加算することにより行われる。この場合も上述と同様に、移動体２の実際の移動方向角がより０（ｒａｄ）に近づくようになる。また、例えば上述のような、検出された移動方向角から補正値を減算するような制御が行われた後、検出された移動方向角の誤差が大きくなる等して再度移動体２が右壁Ｗｒを回避する動作を行ったときには、そのときの検出された移動方向角からさらに補正値を減算するように、すなわち補正値を蓄積するようにして、移動方向角が補正される。
【００２７】
このように、本実施形態においては、ジャイロ６を用いて検出された移動方向角が誤差を含むようになったとき、制御部７が、障害物を回避する動作に合わせて、検出された移動方向角の補正を行うことにより、検出された移動方向角を実際の移動方向角に近づくように補正することができる。これにより、移動体２の移動方向角を正確に検出することが可能となるので、制御部７が、移動体２の移動方向を正確に制御可能となる。また、検出された移動方向角が誤差を含んでも補正して正確なものにすることができるので、移動方向角を正確に検出するために高価なセンサを用いる必要がなく、移動装置１を低コストな構成にすることが可能となる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、この移動装置１は、ジャイロ６を用いず、制御部７が、駆動輪３ａ，３ｂの回転角の差から、移動体２の移動方向角を算出するものであってもよく、また、ジャイロ６が検出する角速度の情報と駆動輪３ａ，３ｂの回転角の情報を併用して移動方向角を算出するようなものであってもよい。このような構成であっても、上述と同様に、障害物の回避動作時に、例えば所定の補正値を用いて検出された移動方向角を補正することにより、移動方向角を正確に検出することが可能となる。また、検出された移動方向角の補正方法は上述に限られるものではなく、例えば、検出された移動方向角に所定の補正値を乗商算したりしてもよい。また、例えば障害物を回避するために移動体２を回転させた量等に応じて、移動方向角の補正量を例えば所定の数式等により算出し、算出された補正値を誤差量に応じた所定値として、移動方向角の補正に用いるようにしてもよい。
【００２９】
また、移動装置１は、例えば補助輪３ｃを有しておらず、駆動輪３ａ，３ｂのみを路面Ｆ上に接地させてバランスをとりながら自立するようなものであってもよく、また、操作インターフェイス８を有さず、予め設定された所定の移動動作のみを行うものであってもよい。さらに、移動装置１は、移動経路を自律移動するのではなく、外部からの無線信号等を受信して、その無線信号に応じて路面Ｆ上を移動したり、またユーザによる操作により駆動モータ４ａ，４ｂを駆動して路面Ｆ上を移動するような構成であってもよい。すなわち、本発明は、障害物センサを搭載しており、制御部７の制御により、障害物を回避しながら、また例えばジャイロ６等の移動方向検出手段を用いて移動方向角を検出しながら走行移動する移動装置１に適用されるものであり、検出された移動方向角の補正を障害物回避時に行うことにより、移動方向角を正確に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る移動装置の一例を示す上面図、（ｂ）は同移動装置の側面図。
【図２】同移動装置の構成を示すブロック図。
【図３】同移動装置の制御の一例を示すフローチャート。
【図４】（ａ）は同移動装置の移動動作の一例を示す上面図、（ｂ）は（ａ）の後の動作を示す上面図、（ｃ）は（ｂ）の後の動作を示す上面図。
【符号の説明】
【００３１】
１  移動装置
２  移動体
５  障害物センサ
６  ジャイロ（移動方向検出手段）
７  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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